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Thèse sous la direction de
O. Bienaymé et K. Freeman
Formation du disque de la Voie Lactée
Formation du disque de la Voie LactéeLionel VELTZ
PlanPlan
•Le disque de la Voie Lactée
•Sa formation •L’inversion cinématique•Le modèle Cigal•Conclusions et perspectives
La Voie LactéeLa Voie Lactée
La Voie LactéeLa Voie Lactée
Structure
Cinématique
La Voie LactéeLa Voie Lactée
Structures de la galaxieStructures de la galaxie
Halo
Bulbe
Disque
Structures de la galaxieStructures de la galaxie
NGC 4762
Burstein (1979)
Structures de la galaxieStructures de la galaxie
Halo
Bulbe
Disquemince
Disque
épais
€
ρ(R,z) = ρ 0,i
i=1,2
∑ exp−z−z0
hz ,i exp−R−R0
hR ,i
Echelle de hauteur
Echelle de longueur
Echelle de hauteur
Echelle de longueur
Structure du disqueStructure du disque
Structure axisymétrique:
L’échelle de hauteurL’échelle de hauteur
L’échelle de hauteur du disque épais est mal connue
Corrélation hz du disque épais et ρépais/ρmince
L’échelle de longueurL’échelle de longueur
L’échelle de longueur du disque épais est plus grande que celle du disque
mince
Référentiel standard local (LSR)
Origine: Point idéal en rotation le long d’une orbite circulaire de rayon R
VLSR 220 km.s-1 T 250.106 ans
Direction:
Composantes de la vitesse: (U,V,W)
LSR
R
CG
Cinématique du disqueCinématique du disque
W
V
U
Rot.
C.G.
NGP
LSR
U
V
Cinématique du disque Cinématique du disque
L’ellipsoïde des vitesses:
W
U
Dispersions de vitesse: (U,V ,
W)
U
W
L’ellipsoïdeL’ellipsoïde
• Accord dans les mesures de la cinématique du disque mince
• Dispersion dans les mesures de la cinématique du disque épais
Populations stellairesPopulations stellaires
Deux manières d’envisager le disque :
• Structure avec deux composantes :• Le disque mince• Le disque épais
• Structure constituée d’une somme de populations stellaires
La formation de la Voie Lactée
La formation de la Voie Lactée
Formation de la galaxieFormation de la galaxie
Effondrement monolithique
Eggen, Lynden-Bell and Sandange (1962)
Fragments multiples
Searl and Zinn (1978)
Formation rapide Formation progressive
Formation du disque épaisFormation du disque épais
Chauffage d’un disque mince initial
Formation du disque épaisFormation du disque épais
• Chauffage d’un disque mince initial
•Nuages moléculaires géants (Wielen 1977)
•Bras spiraux (Sellwood & Carlberg 1984)
•Tous noirs super-massifs (Lacey & Ostriker 1985)
•Mini-halo de matière noire (Fuchs 2001)
Formation du disque épaisFormation du disque épais
• Chauffage d’un disque mince initial
• Création du disque épais avant le disque mince(Samland 2004)
Formation du disque épaisFormation du disque épais
• Chauffage d’un disque mince initial
• Création du disque épais avant le disque mince
• Apports extérieurs (Abadi 2003)
Signature cinématiqueSignature cinématique
• Chauffage du disque mince initial
• Disque épais puis disque mince
• Apports extérieurs
• Continuité cinématique
• Discontinuité cinématique
• Discontinuité cinématique
Inversion cinématiqueInversion cinématique
Mouvements propres
Distribution en vitesse
Décomposition cinématique
inversion
distance
Objectif: décomposition en populations stellaires du disque
Mouvements propresMouvements propres
Etoiles de Barnard: 10,3 arsec.an-1
UCAC2
8° autour des pôles galactiques
magnitudes K entre 6 et 15
25000 étoiles
erreur: 2 à 6 mas.an-1
L’échantillonL’échantillon
Sélection en couleurSélection en couleur
Géantes du clump MK=-1.61
Naines <MK>=4.15
écart en magnitudes absolues magnitudes absolues précises
J-K=[0.5-0.7]
2mass-MSX-Hipparcos
hyp.: Toutes les étoiles sont des naines
Distance photométriqueDistance photométrique
MéthodeMéthode50 pop. cinématiques -> ci
Lissage
Positivité des composantes
z<400pc
400<z<800pc
z>800pc
z>1000pc
10007 étoiles
6758 étoiles
7787 étoiles
3724 étoiles
GéantesDisque minceDisque épais
RésultatsRésultats
• Séparation types d’étoiles:
- naines
- géantes
• Décomposition cinématique:
- disque mince U = [25-55] km.s-1
- disque épais U = [75-100] km.s-1
- halo (non détecté)
BilansBilans
BIAISBIAIS
• Taille de l’intervalle de l’histogramme
• Nombre d’étoiles
• Séparation de 2 populations
Facteur de lissage -> renforce les pics
• Complétude de l’UCAC2
Le modèle CigalLe modèle CigalObjectif: décomposition en populations stellaires du
disque
Séparation types d’étoiles
Décomposition cinématique
Mouvements propres, Comptages et Vitesses radiales
2MASS8°
K= 5 et 15.422 050
complet
UCAC216°
K= 6 et 14105170
2 à 6 mas.an-1
Elodie-RAVE15°
K= 5.5-8.5-11.5 392 + 543
2 km.s-1
Les échantillonsLes échantillons
Notre étude est basée sur 3 échantillons situés autour des pôles
galactiques:
Photométrie Mouvements propres
Vitesse radiale
*
* première version de RAVE
Magnitudes absolues:
Sous-géantes
MK=-0.89
MK=-0.17
Naines MK=4.15
Géantes du clump MK=-1.61
Sélection en couleurSélection en couleur
2mass-MSX-Hipparcos
i=20 composantes isothermes (w=10-70 km.s-
1)k=4 magnitudes absolues (1 pour les géantes, 2 pour les sous-géantes et 1
pour les naines)
=> 4 gaussiennes M = 0.25
Equation de la statistique stellaire:
Le modèleLe modèle
PotentielGravitation
nel
distribution en densité
distributionen vitesse
€
Φ(z) = 2πG Σ0( z2 + D2 −D) + ρ eff z2
( )
Potentiel gravitationnel vertical:
Auto-cohérentAuto-cohérent
AjustementsAjustements
Minuit (James 2004)
ComptagesVitesses radiales
Mouvements propres
Séparation Naines/GéantesSéparation Naines/Géantes
Géantes
Naines
Sous-géantes
mK=10.0
Comptage 2MASSComptage 2MASS
Géantes
Naines
Sous-géantes
Données RAVEDonnées RAVE
1 2 3 Histo. RAVEHisto. RAVEHisto. RAVE
Géantes Naines
531 étoiles
Paramètres stellaires RAVEParamètres stellaires RAVE
Gravité de surface log(g)
Nombre
d’étoiles
RAVE [8.5-9.5]RAVE [8.5-9.5]
GéantesNaines
RAVE [9.5-10.5]RAVE [9.5-10.5]
GéantesNaines
RAVE [10.5-11.5]RAVE [10.5-11.5]
GéantesNaines
Décomposition cinématiqueDécomposition cinématique
disque mince disqu
e épais
Fonction de distribution cinématique
Fonction de distribution cinématique
Obtenu en ajustant les comptages, les histogrammes de mouvements propres et de vitesses radiales
Séparation disque mince/épaisSéparation disque mince/épais
Naines
GéantesMinimum
Séparation disque mince/épaisSéparation disque mince/épais
Transition disque mince/ disque épais
Disque épais
[30-45] Km.s-1
Disque mince
[10-25] Km.s-
1
photometric distance (pc)
Séparation disque mince/épaisSéparation disque mince/épais
Echelles de hauteurEchelles de hauteur
disque mince disqu
e épais
Fonction de distribution cinématique
Fonction de distribution cinématique
Obtenu en ajustant les comptages, les histogrammes de mouvements propres et de vitesses radiales
Echelles de hauteursEchelles de hauteurs
Disque mince
Disque épais
Disque mince:
hz=225 ± 10 pc
Disque épais:
hz=1048 ± 36 pc
LSR: (U,V,W)=(8.5±0.3, 5.2, 11.1
±1.0)
Z = 20.0 ± 2.0 pc
Disque mince:
W=[10-25] km.s-1
hz=225 ± 10 pc
Disque épais:
W=[30-45] km.s-1
hz=1048 ± 36 pc
Vasym = 33 ± 2 km.s-1
Résultats cinématiquesRésultats cinématiques
•Bon ajustement des observations
•Séparation naines/géantesConfirmée par log(g)
•Séparation ciné. disque mince/épais
Confirmée par la distance photométrique
•Valeurs réalistes des quantités cinématiques mesurées
Conclusions CigalConclusions Cigal
Conclusions et perspectives
Conclusions et perspectives
ConclusionsConclusions
Décomposition en populations stellaires
Inversion cinématique Modèle Cigal
Séparation Naines/Géantes
Discontinuité cinématique disque mince/épais
Disque mince initial
Disque épais initial
Apports extérieurs
Modèle formation disque épais
PerspectivesPerspectives
Mesure de l’échelle de longueur
Merci de votre attentionMerci de votre attention
Ajustement des observationsAjustement des observations
Ajustement des observationsAjustement des observations
• Comptages• Mouvements propres• Vitesses radiales
Les galaxiesLes galaxies
Les galaxiesLes galaxies
E0
E3
E7
S0
a
GalaxiesEliptiques
GalaxiesLenticulair
es
GalaxiesSpirales
b
c
S SB
La Voie LactéeLa Voie Lactée
M101
Crédit: Hubble/ESA
QuickTime™ et undécompresseur
sont requis pour visionner cette image.
Crédit: ESA/Hubble (M. Kornmesser & L. L. Christensen)
Cinématique du disque Cinématique du disque
L’inclinaison de l’ellipsoïde:
L’ellipsoïde des vitesses:
Wv3
U
v1
Répartition des étoiles en distanceRépartition des étoiles en distance
Paramètres modèle de disque:
hz,mince = 225 pc
hz,épais = 1050 pc
ρmince/ρépais = 7 %
Répartition des étoiles en magnitude (naines)
Répartition des étoiles en magnitude (naines)
Répartition des étoiles en magnitude (Géantes)
Répartition des étoiles en magnitude (Géantes)
Distance photométriqueDistance photométrique
Echantillon (1)Echantillon (1)
Géante
s
Disque mince
Disque épais
z < 400 pc
Géante
s
Inversion (1)Inversion (1)
Echantillon (2)Echantillon (2)
Géante
sDisque mince
Disque épais
400<z<800 pcGéante
s
Inversion (2)Inversion (2)
Echantillon (3)Echantillon (3)
Géante
sDisque mince
z > 800 pc
Disque épais
Inversion (3)Inversion (3)
Echantillon (4)Echantillon (4)
Géante
sDisque mince
Disque épais
z > 1000 pc
Inversion (4)Inversion (4)